共价键理论ppt课件

第十一章共价键和分子间作用力,第一节现代价键理论,第二节杂化轨道理论,第五节分子间作用力,1,第一节现代价键理论valencebondtheory,一、氢分子的形成和共价键的本质（1）氢分子的形成是两个氢原子1s轨道重叠的结果。（2）只有两个氢原子的单电子自旋方向相反时，两个1s轨道才会有效重叠，形成共价键基态。（3）两个氢原子的单电子自旋平行时，两个1s轨道不能有效重叠，形成共价键排斥态。,2,3,两个氢原子接近时的势能变化,E排斥态（电子自旋方向相同）基态（电子自旋方向相反）r/pm,4,5,Repulsionstate,Groundstate,6,二、现代价键理论的要点：现代价键理论（valencebondtheory，简称VB法，又称为电子配对法）1.共价键的形成(本质)两个原子接近时，只有自旋方向相反的单电子可以相互配对（两原子轨道重叠），使电子云密集于两核间，系统能量降低，形成稳定的共价键。2.共价键的饱和性和方向性共价键的饱和性自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配对。,7,即每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中的单电子数目共价键的饱和性。共价键的方向性成键时，两原子轨道重叠愈多，两核间电子云愈密集，形成的共价键愈牢固，这称为原子轨道最大重叠原理。因此共价键具有方向性。,8,H的1s轨道与Cl的3px轨道重叠示意图,9,共价键具有方向性(最大重叠原理):,y,（a）x轴方向结合成键,1s,x,（b,c）非x轴方向重叠不能形成键,3px,+,+,-,（c）,10,3、共价键的类型键和键,11,12,13,14,15,x,x,x,x,16,键以“头碰头”方式进行重叠，轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布。键原子轨道中两个互相平行的轨道如py或pz以“肩并肩”方式进行重叠，轨道的重叠部分垂直于键轴并呈镜面反对称分布。,17,sigmabond,ss,18,sp,19,pp,20,特点：1.可以单独存在。2.重叠程度大，稳定。3.可以沿着键轴转动。,21,pp,22,pibond,23,特点：1.不可以单独存在。2.重叠程度较键小，稳定性差。3.不能沿着键轴转动。4.电子受核束缚力较小,24,N2中的共价三键示意图,25,26,凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为键.以键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布.,键,甲烷的四个C-H键,27,乙烯的键,28,一个碳原子的两个p轨道和另一个碳原子对应的两个p轨道,在侧面交盖形成两个碳碳键。,乙炔的键,29,4.键参数能表征化学键性质的物理量称为键参数（bondparameter）。键能（bondenergy）是从能量因素来衡量共价键强度的物理量。键长（bondlength）分子中两成键原子的核间平衡距离。键长特点：两原子形成同型共价键时，键长愈短，键愈牢固。,30,31,键角（bondangle）分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角。一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型。,非极性共价键（nonpolarcovalentbond）极性共价键（polarcovalentbond）,32,33,第二节hybridorbitaltheory,一、杂化轨道理论的要点1.在成键过程中，同一原子中能量相近的不同类型的n个价原子轨道（即波函数），混合-杂化（hybridization），重新分配能量和确定空间方向，组成数目相等的新的原子轨道-杂化轨道（hybridorbital）。,34,2.杂化轨道的角度分布更集中在某个方向,更有利于原子轨道间最大程度重叠，因而杂化轨道比原来轨道的成键能力强。3.杂化轨道之间力图在空间取最大夹角分布，形成相互间排斥能最小的杂化轨道构型。不同类型的杂化轨道之间的夹角不同，成键后所形成的分子就具有不同的空间构型。,4.杂化分为等性杂化和不等性杂化,35,二、轨道杂化类型（一）sp杂化由1个ns轨道和1个np轨道参与的杂化称为sp杂化，形成的2个轨道称为sp杂化轨道。2个sp杂化轨道间的夹角为1800。当2个sp杂化轨道与其他原子轨道重叠成键后就形成直线型分子。,36,sp杂化,37,sp杂化,BeCl2分子的空间构型,38,（二）sp2杂化由1个ns轨道与2个np轨道参与的杂化称为sp2杂化,组合成3个sp2杂化轨道。3个sp2杂化轨道呈正三角形分布，夹角为1200。当3个sp2杂化轨道分别与其他3个相同原子的轨道重叠成键后，形成正三角形分子。,39,sp2杂化,40,41,（二）sp2杂化BF3,sp2杂化,FormationofthecovalentbondsinBF3,42,BF3形成示意图,43,（三）sp3杂化sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道参与的杂化称为sp3杂化。组合成4个sp3杂化轨道。sp3杂化轨道间的夹角均为109028。当它们分别与其他4个相同原子的轨道重叠成键后，形成正四面体构型的分子。,44,sp3杂化轨道,一个s轨道与三个p轨道形成四个sp3轨杂化道,45,（三）sp3杂化CH4,FormationofthecovalentbondsinCH4,46,CH4形成示意图,47,甲烷的sp3杂化,48,乙烯sp2杂化,49,乙炔的sp杂化,50,六个碳均为sp2杂化,苯的p轨道交盖,大键,H,H,H,H,51,苯分子的键,66,66,52,53,（四）等性杂化杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例相等，能量完全相同，这种杂化称为等性杂化（equivalenthybridization）。通常，若参与杂化的原子轨道都含有单电子或都是空轨道，其杂化是等性的。如上述的三种sp型杂化。,54,（五）不等性杂化杂化后所形成的几个杂化轨道所含原来轨道成分的比例不相等能量不完全相同，这种杂化称为不等性杂化（nonequivalenthybridization）。通常，若参与杂化的原子轨道中，有的已被孤对电子占据，其杂化是不等性的。,55,试说明NH3分子的空间构型。实验测知，NH3分子中有3个NH键，键角为1070，分子的空间构型为三角锥形（习惯上孤对电子不包括在分子的空间构型中）。试解释H2O分子的空间构型。实验测得，H2O分子中有2个O-H键，键角为104045，分子的空间构型为V形。,56,sp3杂化轨道NH3,107,107,57,sp3杂化轨道H2O,58,NH3的几何构型,59,第五节分子间作用力IntermolecularForce,vanderWaalsforce,Hydrogenbond,60,（一）non-polarmoleculeandpolarmolecule,61,分子极性的大小用电偶极矩（electricdipolemoment）量度。它等于正、负电荷重心的距离（d）和正电荷重心或负电荷重心上的电量（q）的乘积：qd,0极性分子，越大，分子极性越大。,0非极性分子,62,（二）分子的极化在外电场作用下，极性分子u增大,非极性分子产生诱导偶极。如图所示：,分子的极化不仅在外电场的作用下产生，分子间相互作用时也可发生，这是分子间存在相互作用力的重要原因。,63,二、vanderWaalsforce1.classificationa.orientationforceb.inductionforcec.dispersionforce,64,1.取向力（orientationforce）。取向力：极性分子永久偶极间的吸引力。极性分子具有永久偶极，当两个极性分子接近时，因同极相斥，异极相吸，分子将发生相对转动，力图使分子间按异极相邻的状态排列吸引。,65,极性分子相互作用示意图,66,2.诱导力（inductionforce）。诱导偶极与永久偶极之间的吸引力。诱导力发生在极性分子和非极性分子以及极性分子之间。,67,68,极性分子与非极性分子相互作用示意图,69,3.色散力（dispersionforce）由于分子内部的电子不断运动和原子核的振动，使分子的正、负电荷重心不断发生瞬时相对位移，从而产生瞬时偶极。瞬时偶极又可诱导邻近的非极性分子产生瞬时诱导偶极。瞬时偶极间相互作用产生的引力-色散力。,70,非极性分子相互作用示意图,71,色散力的大小与分子是否容易变形有关，同类型的化合物，摩尔质量越大越容易变形。,72,（二）范德华力的特征和作用作用力小、作用范围小、没有饱和性与方向性。是决定物质沸点、熔点的主要因素。,73,对于大多数分子，色散力是主要的。一般说来vanderWaals力小的物质，其沸点和熔点都较低。,74,75,H原子与电负性较强的Y原子间的静电吸引力（虚线所示）称为氢键。XHY,氢键的类型：分子内氢键和分子间氢键。,（一）氢键及其种类,三、hydrogenbond,76,分子间氢键,77,冰中氢键的四面体立体结构,78,分子内氢键,79,蛋白质氢键示意图,80,DNA氢键示意图,81,氢键的强弱与X、Y原子的电负性及半径大小有关。X、Y原子的电负性愈大、半径愈小，形成的氢键愈强。氢键的键能一般在42kJmol-1以下，它比化学键弱得多，但比vanderWaals力强。,（二）氢键的特征及作用,82,氢键具有饱和性和方向性(分子间氢键)。,氢键具有饱和性:一个H原子只能形成一个氢键。,氢键具有方向性(分子间氢键):形成分子间氢键的三个原子尽可能在一条直线上。,XHY,83,氢键形成对物质性质的影响,分子间的氢键存在使熔、沸点升高。,如HF、H2O、NH3,分子内的氢键存在使熔、沸点降低。,84,若溶质和溶剂间形成氢键，可使溶解度增大；若溶质分子内形成氢键，则在极性溶剂中溶解度小